1、实验教学体系建设
(1)体系改革的指导思想与基本思路
“中心”紧紧围绕培养具有扎实化学化工基础知识的环境工程复合应用型人才和具有环境科学基础知识的化工复合应用型人才的目标。秉承“三实一创”的教学思想,使学生具备环境与化工清洁生产技能,具有环境监测与评价、清洁生产审核和环境设计及管理的能力。基本思路是:
实训秉承“训练基本技能、了解生产过程、熟悉仪器设备、增强实战欲望”的教学思想;开设了金工实训、基础机械设备的拆装实训、化工单元操作实训,水、气污染控制单元操作实训等课程及认识实习。
实验秉承 “以‘三基’为基础,以科研为平台,以创新为动力,以质量为目标”的教学思想。实验由基础型、综合设计型和研究型三层次构成。
第一层次为基础型实验,由基础化学、环工/化工原理、环境监测与应急监测、环境微生物学四个实验模块构成。采取统一组织,分班分组的实验教学方式,巩固学生基础化学、环境工程专业基础知识,提高实验操作技能,强化学生对绿色化学理论的理解。
第二层次为综合设计型实验,由化工清洁生产与污染控制实验、资源绿色加工与节能减排技术实验两个实验模块构成;注重选用设计型、应用型实验项目,如磷酸盐水处理剂绿色制备工艺、湿法磷酸的萃取、净化及浓缩,肝泰乐废液制备工业草酸,高浓度有机废水厌氧处理,化工废水湿式氧化技术,除尘脱硫一体化技术等。主要采取开放式教学,由学生自选实验项目,或自主设计实验内容和步骤,着重培养学生综合运用知识、独立分析和解决问题的能力。
第三层次为研究型实验,由大学生课外科技项目、校长基金项目、示范中心创新专项及教师科研项目四个方面组成,构建了本科生科学研究的平台。强调创新意识和综合能力的培养,通过设立选修课、学生和教师进行双向选择、导师指导、评估验收的方式进行教学组织。实验内容可以由教师拟定,学生在导师的指导下独立完成,也可由学生自带课题以课外科技活动的方式进行。培养学生的创新意识和创新素质。如开设了黄磷尾气的回收及碳一化工研究,磷铁、磷渣、磷石膏等危险废弃物的治理和综合利用,印染污水的末端治理,钒资源清洁生产、微生物浸出低品位磷矿,生物柴油洁净生产工艺研究与开发等研究型实验。中心共开出实验项目195个,其中基本型实验56个,综合型实验73个(分为按学科模块必修和选修),研究创新型实验66个(按个人兴趣自由申请选修)。
实习秉承“理论与实践相结合、科研与应用相结合”的教学思想,强化分析、解决问题能力的培养。突出具有独特的应用型人才培养模式即“宜化模式”的实践教学特色。
实习分为生产实习、毕业实习和毕业设计。突出具有独特的应用型人才培养模式即“宜化模式”的实践教学特色。增强学生的节能减排观念,提升学生的工程能力。生产实习要求学生了解工业生产的基本方法、典型清洁生产工艺和生产自动化及控制等基本技能。培养学生综合运用基础理论,分析实际生产过程的能力。是学生理论联系实际的桥梁,是培养具备工程与工艺方面的理论知识及实践技能的复合应用型人才的重要环节。毕业实习是结合本专业知识,在实习中进一步掌握设备的结构,熟悉生产操作过程,深入了解工艺流程和管道的设计与布局,掌握污染减排的新技术、新工艺,新设备,探索生产过程中节能减排、循环经济的可行性,为圆满完成毕业设计奠定坚实的基础。毕业设计的课题主要来源于磷化工、石油化工等企业,采用开放性实践教学模式,实行真题真做。在毕业环节进一步提高数据采集、工艺设计与计算、工程绘图等能力。
创新秉承技术积累与应用创新相结合的教学思想。注重科学研究的工程化思维训练,强调结合工程技术的创新能力培养。项目主要来源于国家、省级自然科学基金和省级重大攻关项目,学生参与从实验室新技术到工程放大技术整个研究过程,激发了学生的求知欲望,提高了学生创新意识和工程能力。
(2)新教学体系的特点
① 体现了知识-能力-创造的培养规律:以巩固基本知识和训练基本技能为先导,实现化工、环境知识和技能综合训练,达到启迪学生科学思维和创新意识的目的。
② 实现环化结合:“环化结合”主要体现在以下几个方面:
一是在专业基础课、专业课和专业方向课的设置及内容上突出“环化结合”特色。在专业基础课中,我们把环境分析与污染控制化学贯穿在四大化学和环工(化工)原理之中;在专业主干课除涉及传统的水、气、渣、声和环境影响评价、环境管理与规划外,还开设了环境工程化学等课程,在专业课程内容增添一些新污染控制技术和回收利用技术的内容,例如在《水污染控制工程》课程内突出石油化工、制药行业高浓度有机废水处理的组合技术与回用技术的内容,在《大气污染控制工程》课程中增加了化工尾气的处理与回收利用技术(例如合成氨“三气”处理与联产甲醇/尿素等),并把近年发展较新的清洁生产、循环经济和环境经济学的理论引进教学过程。在专业方向课除设置环境法、环境工程概算与施工和环保设备等课程外,还开设了《化工过程与清洁生产》、《化工废水处理新工艺》等课程。
二是在专业基础课、专业课的实验内容上体现“环化结合”的特色。《环境监测》作为一门重要的专业基础课,又是一门实践性很强的课程,既要让学生掌握必要的监测技术和手段,又要让学生了解该技术及手段的基本原理。我们对环境监测实验课进行了大胆的改革,设计开发为一门综合实验课,编写了“环境监测综合实验指导书”。在教学上采取理论与实践相结合,课堂教学与实验操作相结合,让学生深入现场采样,实行开放式教学,除在校园内完成常规实验外,还利用双休日到化工企业进行“水、气(废气与烟尘)、声”等特征污染物的综合监测实验。对《水污染控制工程》实践性环节教学内容进行了改革,按照“案例-设计-试验”模式进行实践教学,编写了实验教材。根据化工、制药和城市污水现行处理工艺,结合自己的实验教学条件,让学生拟定三套不同工业废水处理流程,如马应龙制药公司的高浓度有机废水、天鹅绒化纤公司的含锌废水和武昌沙湖城市污水的处理方案设计。学生根据老师提出的要解决的具体环境问题和所要到达的处理目标,结合国内外水污染控制最新技术成果,自行设计处理方案,写出详细的技术报告,然后老师审定后,学生分别到单位进行实地考察,取回水样进行分析,按照自行设计的工艺进行实验。
三是在实习内容与环节上强化“环化结合”特色。“废水、废固”的认知实习主要到城市污水处理厂、城市垃圾填埋场或危险废物处理与处置中心实习,“废气”主要到硫酸生产等厂家实习。生产实习和毕业实习主要根据学生今后就业的意向,一小部分学生安排到城市污水处理厂、城市垃圾填埋场或危险废物处理与处置中心实习外,大部分学生安排到化工企业实习。
四是在学生科研项目、毕业设计(论文)与创新型实验中深化“环化结合”特色。每年向大二、大三及毕业班的学生提供的毕业设计(论文)、科研项目选题和创新型实验内容中50%以上为“环化结合”的课题和内容。
③ 以学生为中心的教学方式:以培养学生“实践与创新能力”为目标,遵循认知规律,将实验内容设置为三个不同层次,每个层次采用不同的教学方法实施教学,通过学生自主选择实验,使教学方法既有利于教学内容的实施,又有利于形成以教师主导、学生为主体的教学格局。
2、实验课程和实验项目名称及综合设计型、创新型实验所占比例
环境类、化工类专业三层次实验项目数与学时见表2-3;各层次实验项目详见附表2-1、附表2-2、附表3-1、附表3-2、附表4。
表2-3 实验教学项目数与学时一览表
层次 |
模块名称 |
项目(个) |
学时 |
说明 |
一 (基础) |
基础化学实验 |
34 |
环境类专业 |
112 |
必修 |
化工类专业 |
121.5 |
环工/化工原理实验 |
8 |
环境类专业 |
44 |
化工类专业 |
44 |
环境检测与应急检测实验 |
11 |
环境类专业 |
48 |
化工类专业 |
40 |
环境微生物学实验 |
3 |
环境类专业 |
12 |
必修 |
二 (综合) |
化工清洁生产与污染控制实验 |
52 |
环境类专业 |
38(必修) |
根据专业所需,开设内容和学时数可以调整 |
42(选修) |
化工类专业 |
44(必修) |
102(选修) |
资源绿色加工与节能减排技术实验 |
21 |
环境类专业 |
60(必修) |
56(选修) |
化工类专业 |
22(必修) |
三 (创新) |
创新型实验 |
66 |
环境类专业 |
36(选修) |
根据学生兴趣,提出申请。 |
化工类专业 |
层次 |
模块名称 |
项目(个) |
学时 |
说明 |
一 (基础) |
基础化学实验 |
34 |
环境类专业 |
112 |
必修 |
化工类专业 |
121.5 |
环工/化工原理实验 |
8 |
环境类专业 |
44 |
化工类专业 |
44 |
环境检测与应急检测实验 |
11 |
环境类专业 |
48 |
化工类专业 |
40 |
环境微生物学实验 |
3 |
环境类专业 |
12 |
必修 |
二 (综合) |
化工清洁生产与污染控制实验 |
52 |
环境类专业 |
38(必修) |
根据专业所需,开设内容和学时数可以调整 |
42(选修) |
化工类专业 |
44(必修) |
102(选修) |
资源绿色加工与节能减排技术实验 |
21 |
环境类专业 |
60(必修) |
56(选修) |
化工类专业 |
22(必修) |
三 (创新) |
创新型实验 |
66 |
环境类专业 |
36(选修) |
根据学生兴趣,提出申请。 |
化工类专业 |
附注: 环境类专业三个层次实验学时数分别占51.5%、40%、8.5%。
化工类专业三个层次实验学时数分别占50.2%、41%、8.8%。
3、实验教学与科研、工程和社会服务相结合
(1)将科研成果引入实验课堂,实施研究性的实验教学
为培养学生的综合素质和创新意识,将一些有基础和实验条件的科研成果开发转化为实验内容,其中转化为综合实验项目的有12项,转化为研究创新实验项目的有22项。如中低品位硅质胶磷矿浮选工艺技术研究(湖北省科技攻关重大项目)转化为磷矿正反浮选实验、实验选用新型浮选药剂,实现常温浮选和废水的循环利用。黄姜皂素水污染控制技术及工程示范(863科技攻关重大项目)转化为三段厌氧实验等,实验实现了高浓度有机废水污染的有效控制;非光气法合成碳酸酯过程中的热力学研究(国家自然科学基金)转化为氧化羰化法制备碳酸二苯酯实验,该实验改变了以剧毒光气为原料的生产工艺,实现了生产工艺绿色化;这些实验充分体现清洁生产理念,贯穿节能减排思想,提高环境保护意识。通过教学实践,教师和同学们认为:开设这种类型的实验,增强了学生作为主体在实际工作中综合运用所学知识的能力以及发现问题、分析问题、解决问题的能力。
(2)构建创新实验教学平台,使学生参与高水平研究项目
“中心”成立以来,积极探索新的实验教学方法,将实验教学的重点从传统模式向创造性的教学领域转移,充分发挥学生在实践中的自主创造性。充分利用实验中心、“工程实践中心”、“中试基地”、省级重点实验室和教师科研室的实践教学资源,使实验教学与科学研究相结合,实验教学与工程实践相结合,构建创新实验教学平台。
“中心”通过开设创新型实验选修课,让学生进入创新实验教学平台,参与教师承担的各类纵横向科研课题,大大拓展了实验教学空间,开阔了学生视野,锻练了学生的实际工作能力。此外,将本科毕业论文与课外科技活动相结合,学生可以从第6学期开始自主选定指导教师,提前进入教师科研室,以便学生有足够的时间开展选题、查阅文献、制订研究计划、实施研究。通过以上方法,使学生的毕业论文质量有较大的提高。
(3)实验教学与工程实践相结合,创建了真题真做的“宜化模式”
“宜化模式”是我校实践环节形成的独特的一种模式,毕业设计或论文题目来源于企业,实行真题真做,从湖北省宜昌化工集团开始的一种开放性实践教学模式,得到了湖北省教育厅的充分认可,以现场会的形式在湖北省高校中进行推广。
学校在第一学年都要在“工程中心”进行实际训练,对基本的加工技术如车床、刨床、铣床钻床和钳工技术进行训练,提高学生的工程能力。引导学生参与设备研制,提高学生的动手能力。学生参与了板式塔演示装置、传热实验装置、干燥实验装置、超滤实验装置、流体阻力及泵实验装置等31套实验装置的研制过程,提高了参数测定实验的教学水平,改善了实验条件。学校利用人才培养的优势,先后与武汉市龙王嘴城市污水处理厂、湖北宜化集团公司、宜昌仁和矿业有限公司、武汉市金口垃圾填埋场等36家企业建立实习基地。每年有600余名本科生进入这些基地进行认识、生产、毕业实习。实习完成后要求学生提供实习报告,进行相应车间的工艺设计,作为毕业设计的内容。采取灵活的方式让学生自主联系单位进行毕业实习,采用“双导师制”进行指导,即企业一名具有工程师职称以上的技术人员和学校一名具有副教授以上的教师进行联合指导,这样既提高了学生的实际工程能力,又为学生就业提供了机会。学生既能得到锻炼,又能为企业解决实际问题,受到了企业的好评。
(4)实验教学与社会应用服务相结合
“中心”先后为武汉理工大学华夏学院、华中科技大学文华学院、中南民族大学工商学院、华中科技大学武昌分校、武汉工交职业技术学院、武汉生物工程学院、武汉轻工职业技术学院等单位本、专科生开设6门实验课程,人时数达46364,受到了兄弟单位的好评。
“中心”有20余名教师取得国家清洁生产审核师、环境影响评价注册工程师资格;并参与环保系统的相关培训服务工作,如杨光忠老师受国家环保部委托,为全国企业监督员培训授课;毕亚凡老师受湖北省环保产业协会委托,为湖北省污废水操作工培训授课。此外,先后接待培训了湖北宜化股份有限公司、宜昌中孚化工公司、云南磷化集团有限公司、湖北兴发集团有限责任公司、湖北洪源公司、宜昌市仁和矿业有限公司、美国戴安公司技术人员600余人。还对云南大维化工集团公司41名技术人员进行集体培训,对人福药业、湖北宜化集团公司开办了定单培养班,为环境和化工清洁生产行业的不同岗位培养了一批专业人才。